Blog Ko Buijs - Orbitaal lassen

Bij orbitaal lassen wordt gebruik gemaakt van het wolfraam inerte gasproces, waarbij het basismetaal tot smelten wordt gebracht waardoor zich de lasverbinding vormt. Dat betekent dat er geen toevoegdraad nodig is. Tijdens het lassen vormt zich tussen de wolfraamelektrode en het werkstuk een boog. Om de boog te starten wordt met een hoogfrequent of een hoge spanningspiek het schermgas geïoniseerd, zodat er een pad ontstaat voor de lasstroom. Een condensator stuurt stroom in de boog zodat de boogspanning daalt tot een punt waarbij de energietoevoer geregeld kan worden. De energietoevoer reageert op de vraag naar vermogen en verschaft stroom om de boog in stand te houden.


Door Ko Buijs - Innomet Consultancy BV
 




Orbitaal gelegde las in AISI316L (foto Innomet Consultancy)
 


Orbitaal lassen vond voor het eerst plaats in de jaren zestig toen de vliegtuigindustrie de noodzaak onderkende over het belang van een superieure verbindingstechniek voor hydraulische leidingen. De oplossing werd gevonden in een mechanisme dat een wolfraamelektrode deed ronddraaien rondom de te lassen buizen. Met behulp van het regelen van de lasstroom kon het gehele lasproces worden geautomatiseerd. De lasresultaten waren aanzienlijk nauwkeuriger en betrouwbaarder dan met handmatig lassen. In de beginjaren tachtig kwam in tal van industrieën het orbitaal lassen op gang door de ontwikkeling van draagbare combinaties van energie/controlesystemen die functioneerde op 220 Volt wisselspanning. Het gewicht van een energiebron in de jaren negentig, die circa 300 ampère kon leveren, was destijds nog circa 300 kg. Dat is tegenwoordig teruggebracht naar minder dan 100 kg. Door de steeds kleiner wordende apparatuur is het mogelijk geworden om ook in steeds nauwere ruimtes te kunnen werken. De orbitaallassystemen waren aanvankelijk analoog van aard, waarbij de bediener de lasparameters vaak op papier had staan die vervolgens door het verdraaien van tal van knoppen moesten worden ingesteld. De moderne digitale orbitaallassystemen zijn voorzien van computerbesturing waarbij lasprogramma's worden opgeslagen. De bediener hoeft alleen nog maar het desbetreffende lasprogramma op te roepen en op de startknop van het lasapparaat te drukken. De vaardigheid van een gecertificeerde lasser is aldus ingebouwd in het systeem, zodat er grote aantallen identieke lassen kunnen worden gelegd waarbij er maar weinig kans is op fouten of gebreken. In plaats van de vier parameters per programma, bieden deze moderne lasprogramma's vaak meer dan 100 niveaus en staan ze wijzigingen toe in de lasparameters in afhankelijkheid van de rotatiepositie van de lasboog
 

Orbitaal lassen van roestvast staal
Vooral roestvast staal wordt steeds meer orbitaal gelast en de redenen zijn o.a.:

• Productiviteit; een orbitaal lassysteem is aanzienlijk productiever dan handmatig lassen, waardoor met een enkele fabricagegang de kosten van de installatie kunnen worden terugverdiend.
• Kwaliteit en consistentie; de kwaliteit en reproduceerbaarheid van de lassen zijn gegarandeerd met het orbitaal lassysteem en gestuurd door een correct lasprogramma. Daarom is het superieur aan handmatig lassen. Voor de farmaceutische industrie is orbitaal lassen het enige proces om tegemoet te kunnen komen aan het hoog vereiste kwaliteitsniveau.
• Gecertificeerde lassers zijn steeds moeilijker te vinden. Met orbitaal lasapparatuur is een gecertificeerde bediener niet nodig.
• Het orbitaal lasproces kan soms de enige oplossing betekenen in die gevallen dat buizen of pijpen niet kunnen worden geroteerd voor het uit te voeren laswerk. Het wordt ook toegepast op die plaatsen die voor andere lasmethodes ontoegankelijk zijn. Voor bijvoorbeeld het lassen van pijpen en pijpenplaten, waarbij de lasser maar moeilijk met zijn lastoorts toegang heeft en de gelegde lassen slecht kan overzien, is het gebruik een orbitaal- lassysteem te prefereren boven andere methodes.

Voordelen orbitaal lassen
Enige voordelen van het orbitaal lasproces over het algemeen zijn:

• Kleinere maten hoeft men niet te hechten. In de zogenaamde hechttijd heb je reeds de gehele definitieve las gelegd.
• Zeer hoogwaardige en constante laskwaliteit met een uiterst kleine kans op imperfecties.
• Zeer glad en goed reinigbaar lasoppervlakte.
• Het lasproces is te mechaniseren en zelfs te automatiseren.
• Men bereikt kleine maar vooral interessante marktsegmenten.
• Kleinere maten behoeven na het lassen niet gebeitst te worden.
• Invloeden van mogelijk menselijk falen is nagenoeg uitgesloten.

 

EHEDG-richtlijnen
Veel voorkomende lasfouten worden besproken in het EHEDG-document 'Roestvast staal lassen om aan hygiëne-eisen te voldoen'. EHEDG staat voor European Hygienic Equipment Design Group. Het lassen van roestvast staal in relatie tot de hygiënerisico's wordt duidelijk omschreven teneinde tot een goede hygiënische lasverbinding te komen. De juiste methode bij dunwandig roestvast staal, om een aanvaardbare laskwaliteit te bereiken, is TIG-lassen. In detail wordt daarin de juiste fabricage van leidingen en vaten beschreven. De meeste aandacht gaat uit naar leidingen, omdat dergelijke lassen over het algemeen geen nabewerking kunnen ondergaan aan de productzijde. Een effectieve methode om het aantal lasfouten te verminderen is het automatiseren van het lasproces. Vanuit de praktijk blijkt dat automatisch orbitaal lassen zeer hygiënische lasverbindingen oplevert, als de machine eenmaal juist is ingesteld.

 
Orbitaal lassen met pulserende boog
Een pulserende boog tijdens het orbitaal lassen beperkt in eerste instantie de warmte-inbreng. Om de lasboog te laten pulseren moet de energiebron de lasstroom snel laten variëren van een hoge piekwaarde tot een lage achtergrondstroom. Hiermee kan een lasnaad worden verkregen die bestaat uit elkaar overlappende lassen.
Tijdens het orbitaal lassen biedt het pulseren van de boog nog een ander voordeel, die het gevolg is van het feit dat de zwaartekracht de lasspoel in verschillende richtingen trekt tijdens het voortlopen van het lasproces rondom de buis. Bij het pulseren van de piekstroom smelt het basismetaal en vloeit het samen. Bij een lagere achtergrondstroom kan de lasspoel stollen voordat hij weer vloeibaar wordt tijdens de volgende piekstroompuls. Hierdoor wordt de invloed van de zwaartekracht op de gesmolten las sterk verminderd, waardoor het doorzakken van de las bij ‘12 en 6 uur’ voorkomen kan worden. Ook wordt verhinderd dat de lasspoel omlaag gaat vloeien bij de ‘3 en 9 uur’ posities. Naarmate de buiswanddikte toeneemt heeft pulseren van de lasboog een steeds gunstiger effect. Het opzetten van een procedure voor pulserend booglassen vereist dat er vier parameters worden ingesteld t.w.: de piekstroom, de achtergrondstroom, de pulsduur en de pulsfrequentie.